Tema 4. Aminoácidos, péptidos y Proteínas

8/14/2019 Tema 4. Aminocidos, pptidos y Protenas

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Tema 4. Aminocidos, pptidos y protenas Bioqumica y Biologa Molecular

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TEMA 4

AMINOCIDOS, PPTIDOS Y PROTENAS

1. Estructura y clasificacin de los aminocidos.2. Propiedades cido-base de los aminocidos y pptidos3. El enlace peptdico4. Pptidos: hidrlisis y secuenciacin5. Clasificacin y funcin biolgica de l as protenas6. Niveles estructurales de las protenas

1. Estructura y clasificacin de los aminocidos.

Como su nombre indica los aminocidos son compuestos que poseen un grupo

amino (-NH2) y un grupo cido (carboxlico -COOH) en su estructura. Los

aminocidos son los precursores de los pptidos y las protenas, y en ellos el grupo

amino y el grupo carboxilo, se encuentran unidos al mismo tomo de carbono,

conocido como carbono-E (E-aminocidos) . La estructura general de los E-

aminocidos (a excepcin de la prolina, que es cclica) se muestra en la Figura 1.

Figura 1.

Estructura qumica de un aminocido. Estructura qumicaen el plano y estructura espacial. Enantimeros del aminocidoalanina.


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Como se puede apreciar, el carbono-E (a excepcin de la glicina) es un carbono

quiral y como tal presenta dos enantimeros (L - y D-). Los 20 E-aminocidos

presentes en las protenas son de la serie L- y en su representacin de Fischer

poseen el grupo amino hacia la izquierda. La diferencia entre los aminocidos viene

dada por el resto -R, o cadena lateral, unida al carbono -E. Atendiendo a la

naturaleza del grupo -R los aas pueden clasificarse en:

Neutros o apolares

Polares sin carga

Polares con carga negativa

Polares con carga positiva

La Figura 2 recoge las estructuras de los 20 L -E-aminocidos a pH fisiolgico.

Neutros o Apolares. Son 8 los aminocidos que se cla sifican como poseedores de

cadenas laterales no polares. La alanina, valina, leucina e isoleucina , poseen

cadenas laterales de hidrocarburos alifticos. La metionina posee una cadena

lateral de ter tilico (C-S-C). La prolina es el nico aminocido cclico, pues el

grupo -R se cierra sobre el N del grupo E-amino (realmente es un amina

secundaria). Por su parte, la fenilalanina y el triptfano contienen grupos

aromticos.

Polares sin carga. Siete son los E-aminocidos cuyo resto -R es polar pero sin

carga. La glicina posee la cadena ms simple, un tomo de hidrgeno. La serina y

la treonina son portadores de un grupo hidroxilo (-OH). La asparragina y la

glutamina, poseen cadenas laterales portadoras de un grupo amida, y por hidrlisis

dan lugar, respectivamente, a aspartato y glutamato, dos aminocidos con carga

negativa. La tirosina posee un grupo fenlico y la cistena debe su polaridad a la

presencia de un grupo tilico (-SH).

Polares con carga negativa. Existen dos E-aminocidos cuyo resto polar posee

carga negativa a pH fisiolgico, debida a la presencia de un grupo carboxilo ( -

COOH) , el cido glutmico y el cido asprtico.

Polares con carga positiva. Tres son los E-aminocidos que poseen restos -R

cargados positivamente a pH fisiolgico. La lisina posee una cadena lateral de

butilamonio, la arginina presenta un grupo -R de guanidina y la histidina es

portadora de un grupo -R de imidazolio.


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Figura 2.

Estructura qumica de los L-aminocidos.


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Esta clasificacin se ha realizado en base al grupo -R, pero es importante indicar

que a pH fisiolgico (pH 7,3), el grupo E-amino se encuentra cargado positivamente

y el grupo E-carboxilo lo est negativamente, por esta razn en la Figura 2 estos

grupos aparecen siempre cargados.

Dentro del conjunto de los aminocidos natu rales, existen unos que pueden ser

sintetizados por las clulas humanas a partir de otras sustancias, pero tambin hay

aminocidos que debemos tomarlos en la dieta, ya que nuestras clulas no pueden

sintetizarlos o, cuando menos, no en cantidad suficiente para satisfacer la demanda

del organismo; se conocen con el nombre de aminocidos esenciales y son valina,

leucina, isoleucina, treonina, metionina, fenilalanina, triptfano y lisina.

2. Propiedades cido-base de los aminocidos y los pptidos

El pH del medio en el que se encuentre el aminocido es esencial para determinar

sus propiedades cido-base, aspecto importante pues de ello dependen las

propiedades qumicas y la funcionalidad biolgica de los pptidos y protenas que

forman.

Las propiedades cido-base de un aminocido vienen determinadas por los grupos

protonables que posea. Un aminocido puede actuar bien como cido o como base

(sustancias anfteras), pudiendo tener hasta tres grupos con carcter cido -base:

el E-amino, el E-carboxilo y, en algunos casos, el resto -R. Lo importante es que

estos grupos poseen un carcter cido-base dbil, lo que hace que, dependiendo

del pH, el correspondiente equilibrio pueda desplazarse en un sentido o en otro

(hacia la forma protonada o hacia la desprotonada, Figura 3).

Figura 3

Ionizacin de un L -aminocido.


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La expresin que regula la proporcin entre las formas protonada y desprotonada

es:

Donde DP es la forma protonada y P es la forma desprotonada. Veamos como

afecta el pH a la valina. La val posee slo dos grupos protonables, el E-amino y el

E-carboxilo. A pH fisiolgico la valina presentara la siguiente estructura:

Tomemos los grupos por separado y veamos como les afecta el pH. El grupo E-

amino presentara dos formas, una protonada (P) y cargada positivamente ( -NH3+),

y otra desprotonada (DP) y sin carga ( -NH2), segn el siguiente equilibrio:

si el pH aumenta, el equilibrio se desplaza hacia la derecha (dominando la forma

con carga 0) y si disminuye lo har hacia la izquierda (dominando la forma con

carga +1).

Con el grupo E-carboxilo ocurrira algo similar:

PDPpKpH

alog!

CH

COONH3+

CH

CH3 CH3

-

8log23

}!p aa

KpKeldondeHNHNH

2log }! aa

KpKeldondeHCOOCOOH


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En funcin del pH, la proporcin de forma protonada (carga 0) o forma

desprotonada (carga -1) variar, respetando siempre la constante de ionizacin del

grupo en cuestin si la temperatura se mantiene constante.

Supongamos que estamos ahora a pH 1; en estas condiciones de elevada

concentracin de protones en el medio ambos equilibrios estaran desplazados en

un 100 % hacia las formas protonadas. Si aumentamos el pH los equilibrios

comenzaran a desplazarse hacia la derecha hasta llegar a un pH muy bsico,

momento en el que las formas dominantes (al 100 %) seran las desprotonadas.

Pero, qu ocurre a pHs intermedios?. Para ello debemos tener en cuenta la Ka

para cada equilibrio, o mejor dicho su pK a (que sera el -logKa). El grupo E-amino de

la valina tiene un pK de 8, y esto quiere decir que a pH 8 el 50 % de los grupos

amino estarn protonados (si tenemos 100 molculas de vali na, 50 tendrn el grupo

amino protonado y 50 lo tendrn desprotonado, al menos tericamente, segn se

desprende de la constante de ionizacin). Por su parte el grupo E-carboxilo de la

valina, que tiene un pK de 2, estar protonado al 50 % cuando el pH del medio sea

2.

En general se asumen las siguientes consideraciones, para determinar el porcentaje

de protonacin de un grupo ionizable en un aminocido:

Si el pH < pK-1 el grupo esta al 100 % protonado

Si el pH > pK+1 el grupo est al 100 % desproton ado

Si el pH = pK el grupo est al 50 % protonado

Tomemos ahora un aminocido con tres grupos ionizables, el cido glutmico:

que posee el grupo E-amino, el E-carboxilo y el K-carboxilo. Los tres grupos

ionizables darn lugar a tres equilibri os cido-base distintos, cada uno con su

CH

COONH3+

CH2

CH2

COO-

(E-carboxilo)

(K-carboxilo)

-(E-amino)


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correspondiente pKa (2, 4 y 8 respectivamente). Para ver como afecta el pH a la

carga de cada grupo vamos a realizar la siguiente tabla, en la que ordenamos (de

menor a mayor pK) los grupos protonables y sus corresp ondientes valores de carga

en funcin del pH:

GRUPO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

E-carboxilo

(pK=2)

0 -0,5 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

K-carboxilo

(pK=4)

0 0 0 -0,5 -1 -1 -1 -1 -1 -1

E-amino

(pK=8)

+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0,5 0 0

carga total +1 0,5 0 -0,5 -1 -1 -1 -1,5 -2 -2

1) a pH= 1, el pH es inferior en una unidad al pK del grupo E-COOH, el cul

estar protonado al 100 %, luego su carga ser 0; y lo mismo le ocurrir al

grupo K-COOH, protonado al 100 % y con carga 0. Por su parte, el grupo E-

amino tambin estar protonado, aunque en este caso la carga del grupo es

+1.

2) a pH= 2, se produce coincidencia del pH con el pK del E-COOH, por lo que

estar al 50 % protonado. Luego la carga ser -0,5 ; este pH es an dos

unidades inferior al pK del grupo K-COOH, que seguir protonado (0), como

tambin le ocurrira al grupo E-amino (+1). La carga total del glutmico sera

0,5.

3) a pH= 3, se ha superado en una unidad el pK a del E-COOH, luego estar

desprotonado al 100 % y su carga ser -1 para valores superiores de pH. Losotros dos grupos siguen estando protonados al 100 % (0 y +1,

respectivamente). Y la carga total ser cero.

4) a pH= 4, el pH coincide con el pK a del grupo K-COOH y estar protonado

en un 50% (carga -0,5). El E-COOH seguir desprotonado (0) y el E-amino

protonado (+1). La carga total ser ahora -0,5.


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5) a pH=5 el grupo K-COOH estar al 100 % desprotonado y el resto de

grupos seguir igual, hasta llegar a pH= 8, donde el E-amino estar

desprotonado al 50 % (0,5) , grupo que se desprotonar al 100 % a partir de

un pH= 9.

Como se puede apreciar en la tabla, la carga total del aminocido depende del pH

de la disolucin en que se encuentre.

En la siguiente tabla pueden localizarse los aminocidos que, al igual que el cido

glutmico, poseen grupos R protonables.

Existe un pH al cual la carga neta del aminocido es cero (si lo colocamos en un

campo elctrico no se desplazar hacia ninguno de los polos). El pH al cul un

aminocido posee carga neta cero recibe el nombre de punto isoelctrico (pI) , que

es la media aritmtica de los valores de pK 1 y pK2 que delimitan la forma con carga

cero.


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3. El enlace peptdico

Los aminocidos se encuentran unidos en los p ptidos y las protenas mediante un

enlace amida (-CO-NH-):

Este enlace se forma por reaccin entre el grupo E-COOH de un aminocido y el E-

amino del siguiente (con prdida de una molcula de agua) y recibe el nombre de

enlace peptdico .

Figura 4.

Estructura espacial del enlace peptdico. (a) Ilustracin delcarcter parcialmente doble del enlace peptdico. (b)Configuracin del plano que conforman el enlace peptdico ylos carbonos E extremos.


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Entre los aos 1930-1940, Pauling y Corey, mediante el estudio de Rayos X de

cristales de aminocidos, dipptidos y triptidos, dilucidaron la estructura

tridimensional del enlace peptdico ( Figura 4). As, descubrieron que la unin C-N

del enlace peptdico era ms corta que en la mayor parte de los dems enlaces C -N

y llegaron a la conclusin de que el enlace deba tener algn carcter de doble

enlace, por la aparicin de dos formas resonantes:

Luego dedujeron que los 4 tomos que rodeaban al enlace peptdico C -N (O, CE,

CE, H) estaban situados en el mismo plano, de tal manera que el oxgeno del grupo

carbonilo y el hidrgeno del N-H estaran en posicin trans. Esta ordenacin es

rgida, y es el resultado de la estabiliza cin por resonancia de las formas

anteriormente citadas.

Partiendo de estos dos hechos, puede describirse el armazn de una cadena

polipeptdica como constituido por una serie de planos, con posibilidad de giro en

los CE. De esta forma podemos escribir la estructura de un pptido como una

sucesin de planos en la que los grupos -R se van alternando (Figura 5).


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4. Secuenciacin de un pptido

La secuencia de un pptido tiene gran importancia porque entre otras cosas

condiciona los siguientes niveles estructurales. La insulina bovina fue la primera

protena que se secuenci completamente porSanger en 1953, lo que le vali el

premio Nobel. La determinacin de la secuencia de la insulina fue el resultado del

trabajo de muchos cientficos durante 10 aos, desde entonces se han secuenciado

miles de protenas.

La secuencia de un pptido, si conocemos el gen del que proviene, puede

secuenciarse indirectamente, secuenciando dicho gen. Pero tambin puede hacerse

la secuenciacin qumica directa. Los pasos a seguir son:

- Determinacin de la composicin del pptido por hidrlisis total y posterior

anlisis cromatgrfico.

- Determinacin de los extremos C-terminal y N-terminal

- Fragmentacin por hidrlisis selectiva

- Secuenciacin: Degradacin de Edman

La determinacin de la composicin del pptido se realiza por hidrlisis total

presencia de HCl 6N, calentando a 100 C durante 10 -24h, y en tubo al que se le

Figura 5.

Estructura espacial de un pptido. Secuencia ordenada delos planos de enlace peptdico en el espacio. Los grupos R se

alternan por encima y debajo del plano general de la molcula.


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ha hecho el vaco. Tras el proceso se utiliza un sistema cromatogrfico que

permita separar y determinar cuntos y cules son los aminocidos que forman la

cadena.

La determinacin de los extremos C -terminal y N-terminal. Hay mtodos que

permiten determinar el primer aminocido (Resto N- terminal) o el ltimo (Resto

C- terminal) de una cadena polipeptdica.

La determinacin del resto N-terminal, se puede realizar, entre otros mtodos,

mediante la Degradacin de Edman: en este proceso el pptido reacciona con

fenil isotiocianato que se une selectivamente al primer aminocido. A continuac in

se escinde con HF anhidro el aminocido marcado, separndolo del resto

selectivamente con un disolvente orgnico. Tras un tratamiento en medio cido el

compuesto resultante se determina cromatogrficamente ( Figura 6).

Figura 6.

Determinacin de la secuencia de un pptido. Determinacin delprimer aminocido utilizando 2,4-dinitrofluorobenceno (a) ofenilisotiocianato (b). Este segundo mtodo tambin se conoce comodegradacin de Edman .


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Por otro lado, la determinacin del resto C-terminal, se puede realizar con

Hidracina: este compuesto reacciona con todos los enlaces peptdicos del pptido,

provocando la hidrlisis de los mismos y dando lugar a aminoacil -hidracinas con

todos los aminocidos excepto con el ltimo (C-terminal), pudiendo separarse del

resto fcilmente y determinarse con posterioridad su naturaleza.

Fragmentacin por hidrlisis parcial es necesaria porque por lo general no pueden

secuenciarse pptidos con mas de 20 o 30 aminocidos. Se realiza con reactivos

selectivos (en la mayora de los casos proteasas) que hidrolizan determinados

enlaces peptdicos.

La tripsina hidroliza por la derecha de Arg , Lys

La quimotripsina hidroliza por la derecha de Phe, Trp, Tyr

La pepsina hidroliza por la izquierda de Phe, Trp, Tyr

La termolisina hidroliza por la izquierda de Val, Leu, Ile

El bromuro de ciangeno (BrCN) hidroliza por la derecha de la Met

La secuenciacin. Entre los distintos mtodos existentes, podemos citar la

degradacin de Edman, cuyo fundamento hemos visto en la determinacin del


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extremo N-terminal. La aplicacin continuada de varios ciclos de la degradacin de

Edman me permite la secuenciacin de todo el pptido, siempre que este no tenga

ms de 20 o 30 aminocidos.

No obstante los actales requerimientos de secuenciacin de gran cantidad de

pptidos en poco tiempo, han dado origen al desarrollo de nuevos mtodos de

secuenciacin de pptidos, desarrollados principalmente para afrontar proyectos

como el del proteoma humano. Entre estos mtodos podemos citar el MALDI MS y

el ESI MS, ambos basados en la espectrometra de masas.

La espectrometra de masas permite calcular la masa del compuesto analizado con

gran precisin. Esta tcnica se basa en que la desviaci n que sufre una partcula

cargada al atravesar un campo magntico depende bsicamente de su carga y

masa. Si ionizamos las molculas, la mayora con carga +1, y las sometemos a un

barrido de campo magntico obtenemos un espectro de masas. Esta tcnica se

utilizaba con molculas en fase gaseosa lo que impeda su aplicacin a molculas

sensibles a la descomposicin por calor o por los tratamientos tradicionales

utilizados para pasar la muestra a fase gaseosa. En 1988 se desarrollaron dos

tcnicas que permiten evitar este problema.

La espectrometra de masas da mucha informacin sobre la masa molecular, la

presencia de cofactores, etc. Y adems puede utilizarse para secuenciar pequeas

cadenas de polipptidos, mediante una tcnica conocida como tanden MS, que

bsicamente consiste en dos epectrometros de masas en serie. La protena bajo

estudio se trata con proteasas para obtener una mezcla de pequeos pptidos. En

el primer espectrmetro la mezcla de pptidos se trata de forma que solo uno de los

pptidos es seleccionado para su posterior anlisis. El pptido seleccionado se

fragmenta en la cmara de colisin que se encuentra entre los dos espectrmetros

donde una pequea cantidad de gas noble (He o Ar) produce la fragmetacin del

pptido preferentemente por los enlaces peptdicos, como la cmara est en vaco

no hay agua los productos son radicales. Los fragmentos son medidos en el

segundo espectrmetro. En un especto tpico los picos mayoritarios corresponden a

radicales que difieren en la masa de un aminoci do particular. As puede deducirse

la secuencia. La nica ambigedad tiene lugar entre la leucina y la isoleucina que

tienen la misma masa molecular. Este mtodo es rpido, requiere slo minsculas

cantidades de muestra que pueden ser extradas de una elec troforesis

bidimensional. Las grandes compaas como Celera (particip en el proyecto

genoma humano) disponen de sistemas automatizados en que una gran cantidad de


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protenas se separan por electroforesis bidimensional o HPLC, cada punto puede

ser luego secuenciado por un espectrmetro en tandem. Este mtodo podra usarse

tambin para la secuenciacin de DNA, pero los mtodos tradicionales son tan

rpidos que no es rentable.

La figura muestra un tpico espectro realizado por espectrometra en tandem de un

pequeo pptido de 10 amincidos. La secuencia deducida de este pptido fue;

Phe-Pro-Gly-Gln-(Ile/Leu)-Asn-Ala-Asp-(Ile/Leu)-Arg.

5. Clasificacin y funcin biolgica de las protenas

Las protenas son cadenas polipptidicas que se diferencian de los oligopptidos en

el nmero de aminocidos que contienen, en su carcter funcional y sobre todo en

que son el resultado del proceso de traduccin gentica. La conformacin de una

protena hace referencia a la disposicin espacial de la misma, aspecto de vital

importancia, pues va a estar directamente relacionado con la funcin que

desempean. Segn la conformacin las protenas pueden clasificarse en fibrosas

y globulares. Las fibrosas poseen las cadenas polipeptdicas ordenadas de modo

paralelo a lo largo de un eje. Forman materiales fsicamente resistentes e insolubles

en agua, siendo elementos bsicamente estructurales como por ejemplo la E-

queratina del pelo, la fibroina de la seda o el colgeno de los tendones. Por su

parte, las protenas globular es, estn constituidas por una o varias cadenas

polipeptdicas plegadas de modo que puedan adoptar una conformacin esfrica o

globular, desempeando diferentes funciones de tipo metablico (protenas

transportadoras, enzimas, anticuerpos,...). Algunas pro tenas incluso pueden


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situarse entre estas dos conformaciones como sera el caso de la miosina de los

msculos o el fibringeno de la sangre.

6. Niveles estructurales de las protenas

La conformacin que presenta una protena va a depender directamente de los

distintos niveles estructurales (hasta cuatro, esquema en Figura 7) que posee,

niveles que a continuacin se detallan.

a)Estructura primaria: hace referencia a la posicin que ocupa cada aminocido

en la cadena polipeptdica, e s decir nos da idea de la secuencia de la protena. La

importancia de este nivel radica en que la posicin que ocupa cada aminocido

dentro de la cadena va a condicionar enormemente el resto de los niveles

estructurales y en ltimo trmino la funcin que d esempea la protena.

b) Estructura secundaria: hace referencia a la ordenacin regular y peridica de la

cadena polipeptdica en una direccin determinada. Bsicamente, podemos

encontrar dos tipos de estructura secundaria, la hlice-E y la conformacin-.

Figura 7.

Esquema de los cuatro niveles de estructura de las protenas.


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y En la Hlice-E (Fig.8) la cadena polipeptdica adopta una conformacin

helicoidal. Las estructuras helicoidales se caracterizan por el numero de

aminocidos por vuelta (n) (3,6 restos en la Hlice-E) y por su paso de

rosca (p), o distancia entre vueltas (5,4 para la Hlice-E). Esta

conformacin se estabiliza por puentes de hidrgeno (R -C=O H-N-R)

intracatenarios (dentro de la hlice). Adems, los restos -R de los

aminocidos se disponen haci a fuera de la hlice evitando las interacciones

estricas (por grupos voluminosos) y estabilizando la conformacin. Por otro

lado, la hlice-E se distorsiona o pierde la conformacin cuando en la

secuencia aparece una prolina, nico aminocido ciclado por su grupo E-

amino.

y En la conformacin- (Fig.9) la cadena adopta una ordenacin lineal en la

que los restos -R, de los aminocidos, se van alternando por encima y por

debajo (zig-zag) del plano del enlace peptdico. Esta conformacin s e

estabiliza con puentes de hidrgeno entre varias cadenas de protenas con

conformacin-. El resultado de estas interacciones es la hoja plegada ,

que puede presentar un plegamiento paralelo, (en el que las cadenas

Figura 8.

Esquema de la hlice-E


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vecinas se desarrollan en la misma di reccin), o bien un plegamiento

antiparalelo con cadenas vecinas en direcciones opuestas.

Aunque las dos conformaciones (hlice-E y hoja plegada-F son posibles dentro de

una misma protena (como veremos en la estructura terciaria), existen tambin

protenas que presentan slo una de las dos.

La E-queratina es una protena que

aparece en todos los vertebrados

superiores y es el componente

principal del pelo, la lana, las uas o

los cuernos. El pelo est construido

por clulas muertas, cada una de las

cuales contiene macrofibrillas

empaquetadas que se orientan

paralelamente a la fibra del pelo.

stas estn formadas por microfifrillas,

que es una asociacin de protofibrillas

que continen dos cadenas de hlice -

Eque se retuercen en un arrollamiento

hacia la izquierda. Las E-queratinas

poseen un alto contenido de Cys (R= -

CH2-SH) de tal manera que las

interacciones entre las hebras se

Figura 9.

Esquema de la hoja plegada-FEn conformacinantiparalela (a) y paralela (b)

Fig.10E-queratina del pelo


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producen a travs de puentes disulfuro ( -S-S-) dando una gran resistencia e

insolubilidad al conjunto. Aunque la insolubilidad de las Equeratinas impide que la

mayor parte de los animales la puedan digerir, la polilla, posee una concentracin

elevada de mercaptanos, que rompen los puentes disulfuro, en su tracto digestivo, y

por lo tanto pueden digerir la lana.

Por su parte, la fibrona (Fig.11) de la seda es una agrupacin de -queratinas en

conformacin hoja plegada- antiparalela unidas por enlaces de hidrgeno

intracatenarios. La fibroina y otras -queratinas son muy ricas en aminocidos poco

voluminosos (gly y ala), lo que facilita que las hojas se apilen unas sobre otras, de

tal modo que se alternan zonas de contacto entre glicinas y zonas de contacto entre

alaninas, interaccionando mediante fuerzas dbiles de van der Waals. Es te hecho

hace posible que la seda pueda extenderse en fibras fcilmente separables

(separando hojas) pero relativamente difciles de romper (implicara romper los

enlaces peptdicos).

Por otro lado, existe la posibilidad de transformar l a E-queratina en -queratina. As,

cuando el pelo o la lana se someten a la accin del vapor (calor + humedad) pueden

incluso duplicar su longitud. Lo que ocurre es que se rompen los puentes de

hidrgeno de la hlice-E y las cadenas polipeptdicas adoptan una conformacin-;

no obstante los grupos -R de las E-queratinas son muy voluminosos, lo que hace

que la conformacin- se desestabilice y al poco tiempo adopte de nuevo la

conformacin en E-hlice con lo que el pelo o la lana recuperan su longitud origin al.

Figura 11.

Hoja plegada-F de lafibroina de la seda.


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c)Estructura terciaria : hace referencia al modo en que se curvan o pliegan en el

espacio los segmentos de hlice-E y/o conformacin-, que presenta una cadena

polipeptdica de los protenas globulares. La conformacin espacial de las

protenas depende lgicamente de su estructura primaria, as las cadenas laterales

de los aminocidos en las protenas globulares se hallan distribuidas espacialmente

de acuerdo con sus polaridades, de tal forma que:

y Los restos no polares aparecen, casi siempre, en el i nterior de la

protena, para no entrar en contacto con el disolvente acuoso que la

envuelve, creando un ambiente hidrofbico.

y Los residuos polares con carga se hallan situados, normalmente en la

zona externa, interaccionando con el medio acuoso. A veces, se requiere

de estos centros en la parte interna de la protena y en estos casos

tambin ocurre que estn directamente implicados en alguna

funcionalidad de la protena, bien a nivel estructural o bien a nivel

cataltico.

y Los grupos polares sin carga, apa recen distribuidos por la totalidad de la

cadena, si bien mayoritariamente, tambin aparecen en las partes

externas, en contacto con la disolucin acuosa.

Como consecuencia de esta distribucin de restos, las protenas globulares son

muy compactas, hay poco espacio en el interior, de modo que el agua difcilmente

accede a dicho espacio.

Algunas protenas, como le ocurre a la mioglobina (Fig.12) estn constituidas solo

por hlices-E. La estructura terciaria de la mioglobina , se trata de una protena

globular que contiene una sola cadena polipeptdica, constituida por ocho

segmentos de hlice-E . La mioglobina se halla, principalmente, en las clulas de

los msculos esquelticos y es especialmente abundante en los mamferos

buceadores, en los que no slo acta almacenando oxgeno, sino tambin

contribuyendo al aumento de la velocidad de difusin del oxgeno. La protena,

adems, contiene un componente no proteico, el grupo hemo que permite la

oxigenacin y desoxigenacin de forma reversible.


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Otras protenas globulares, como la concanavalina A (Fig.13a) (lectina de soja)

mayoritariamente est formada por regiones extensas de hoja plegada -. Por otro

lado, tambin nos podemos encontrar con protenas que poseen cantidades

significativas de ambos tipos de estructura secundaria, como puede ser la

anhidrasa carbnica (Fig.13 b).

io lobinaio lobina

Fig.12.

Estructura de laMioglobina, donde seaprecia el grupo hemo (enrojo) y los 8 segmentos enhlice-E

Fig.13.

Estructura de la concanavalina A (a) y la anhidrasa carbnica (b)

a b


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Fig.15a

Glbulos rojos con HbA

d)Estructura cuaternaria: Muchas protenas globulares son oligomricas, es decir

estn formadas por ms de una subunidad polipeptdica. La posici n espacial que

ocupa cada una de estas subunidades respecto a las otras queda determinada por

la estructura cuaternaria. La estructura cuaternaria de la hemoglobina (Hb) estara

formada por cuatro subunidades (iguales dos a dos) cada una con su grupo hemo,

necesario para el transporte de oxgeno.

En la figura 7 se mostraban los cuatro niveles estructurales presentes en la

hemoglobina. As, se puede apreciar como la estructura primaria condiciona el resto

de niveles estructurales de la Hb. De hecho, existen varias mutaciones de las

molculas de Hb, en las que la secuencia de aminocidos difiere un poco de la

secuencia de la Hb normal (conocida como HbA). La mayora de estas mutaciones

son inofensivas, pero algunas causan graves enfermedades , como es el caso de la

Hb de las clulas falciformes (HbS).

La diferencia entre la HbA y la HbS (Fig.15a y

15b) radica slo en que en la secuencia una

molcula de ac. glutmico (polar con carga) es

sustituida por una Val (apolar). Este pequeo

cambio (1 de los 146 aas de las cadenas- )

tiene un profundo efecto sobre el resto de

niveles estructurales, pues la apolaridad de la

Fig.14

Estructura cuaternaria

de la hemoglobina


23/23


Fig.15b

Glbulos rojos con HbS

Val (situada en un extremo exterior) interacciona de modo hidrofbico con partes

apolares de las subunidades a de otras HbS. Est o hace que las molculas se

agreguen y precipiten en las clulas. Como consecuencia, los glbulos rojos

(normalmente con forma de disco) adoptan una forma de media luna, obstruyendo

los capilares ms delgados, restringiendo el flujo sanguneo y provocando entre

otras complicaciones dolores severos y sudoracin.

Tema 4. Aminoácidos, péptidos y Proteínas

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